Als Vollstrecker von Lebensaktivitäten üben Proteine ihre spezifischen biologischen Funktionen durch Wechselwirkungen wie die Bildung von Proteinkomplexen aus. Die Lokalisierungseffekte, Crowding-Effekte und Organellen-Mikroumgebungen innerhalb von Zellen sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der Struktur und Funktion von Proteinkomplexen.
Kürzlich hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Zhang Lihua vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) einen auf glykosidischen Bindungen basierenden, durch Massenspektrometrie spaltbaren Vernetzer entwickelt, der die Datenanalysedurchsatz und Identifizierungsgenauigkeit von Vernetzungsinformationen mit guter Amphiphilie und Biokompatibilität. Es ermöglicht die In-vivo-Vernetzung von Proteinkomplexen in lebenden Zellen und ermöglicht eine groß angelegte und präzise Analyse. Die Studie wurde veröffentlicht in Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie am 30. März.
Die Massenspektrometrie mit chemischer Vernetzung (CXMS), insbesondere die In-vivo-CXMS, ist eine groß angelegte Analyse der In-situ-Konformation und der Wechselwirkungsschnittstelle von Proteinkomplexen in lebenden Zellen. In-vivo-CXMS in lebenden Zellen steht jedoch vor Herausforderungen, wie z. B. einer starken Zellstörung und einem komplexen Abruf von Spektren von vernetzten Peptiden.
In dieser Studie bauten die Forscher glykosidische Bindungen in das Design funktioneller Vernetzer ein, basierend auf der hohen Biokompatibilität von Glucosemolekülen und der massenspektrometrisch spaltbaren Eigenschaft glykosidischer Bindungen. Sie durchsuchten und erhielten Trehalose, ein hochgradig biokompatibles Molekül, als Skelettmolekül und entwickelten einen durch Massenspektrometrie spaltbaren Vernetzer, Trehalose-Disuccinimidylsuccinat (TDS).
Dieser Vernetzer zeigte im Vergleich zu derzeit gemeldeten membrandurchlässigen chemischen Vernetzern eine überlegene Aufrechterhaltung der Zelllebensfähigkeit und ermöglichte eine effiziente Vernetzung von Proteinkomplexen in Zellen unter Bedingungen mit geringer Störung.
Die Forscher fanden heraus, dass der selektive Fragmentierungsmodus der Massenspektrometrie mit niedriger Energie glykosidische Bindung und hochenergetischer Peptidbindung die Analysekomplexität der Fragmentspektren von vernetzten Peptiden reduzierte und die Effizienz und Genauigkeit der Identifizierung von vernetzten Peptiden erheblich verbesserte.
Sie identifizierten die Konformation von 1.453 Proteinen, die mehr als 3.500 quervernetzten Peptidpaaren entsprechen, und 843 Protein-Protein-Wechselwirkungsinformationen von Hela-Zellen.
„Wir haben die In-vivo-Vernetzung und globale Analyse von Proteinkomplexen in lebenden Zellen genau realisiert und ein wichtiges Toolkit zur Erforschung der Interaktionsstellen der Proteinfunktionsregulation in der Mikroumgebung lebender Zellen bereitgestellt“, sagte Prof. Zhang.
Mehr Informationen:
Jing Chen et al, Ein auf glykosidischer Bindung basierender Massenspektrometrie-spaltbarer Vernetzer ermöglicht In-vivo-Vernetzung für die Proteinkomplexanalyse, Internationale Ausgabe der Angewandten Chemie (2023). DOI: 10.1002/ange.202212860